CN111935683A - 一种蓝牙设备终端、信号扩展传输方法及存储介质 - Google Patents

一种蓝牙设备终端、信号扩展传输方法及存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种蓝牙设备终端，包括BLE设备、电源和天线，其中，BLE设备包括BLE芯片，BLE芯片与电源电性连接；所述蓝牙设备终端包括功率放大器，所述功率放大器包括功放芯片；所述功放芯片与电源电性连接；功放芯片还通过BLE芯片与天线电性连接。本发明通过在原有的蓝牙设备终端上增加功率放大器，实现了蓝牙设备终端的信号扩展传输，大大提高了蓝牙设备终端的通信范围，解决了现有技术中蓝牙设备终端通信距离较短而无法满足实际需求等问题。本发明还提供了一种蓝牙信号扩展传输方法及存储介质。

Description

一种蓝牙设备终端、信号扩展传输方法及存储介质
技术领域
本发明涉及蓝牙信号传输，尤其涉及一种蓝牙设备终端、蓝牙信号扩展传输方法及存储介质。
背景技术
蓝牙作为一种无线技术标准，可实现设备之间的短距离数据通信。蓝牙通信使用的是2.4GHz～2.485GHz的ISM频段。由于蓝牙的发射功率小，一般只适用于短距离通信，比如最远可达几十米。当存在障碍物，比如墙面等时，其传输效果就更差，在某些场景下，无法满足实际的工作需求。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种蓝牙设备终端，其能够解决现有技术中蓝牙信号传输距离较短导致无法满足实际的工作需求等问题。
本发明的目的之二在于提供一种蓝牙信号扩展传输方法，其能够解决现有技术中蓝牙信号传输距离较短导致无法满足实际的工作需求等问题。
本发明的目的之三在于提供一种存储介质，其能够解决现有技术中蓝牙信号传输距离较短导致无法满足实际的工作需求等问题。
本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
一种蓝牙设备终端，所述蓝牙设备终端包括BLE设备、电源和天线，其中，BLE设备包括BLE芯片，BLE芯片的电源端与电源电性连接；BLE芯片的输出端与天线电性连接，用于将发射信号通过天线辐射出去；所述蓝牙设备终端包括功率放大器，所述功率放大器包括功放芯片；所述BLE芯片的输出端还通过功率放大器与所述天线电性连接；所述功放芯片的电源端与电源电性连接；所述功率放大器，用于将BLE芯片生成的发射信号进行功率放大后通过天线辐射出去。
进一步地，所述BLE芯片还通过IO口与所述功放芯片电性连接，用于通过IO口向所述功放芯片发送控制信号，进而根据所述控制信号控制所述功放芯片的工作状态。
进一步地，所述BLE芯片，用于根据系统配置生成所述控制信号，并将所述控制信号通过IO口发送给所述功放芯片，从而控制所述功放芯片的工作状态。
进一步地，所述功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态与关闭工作状态；
当所述功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过所述功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
当所述功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过所述功放芯片发送至天线并辐射出去，并且所述功放芯片对发射信号不做任何处理；
当所述功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发射至天线辐射出去。
进一步地，所述系统配置包括低电量阈值、预设时间段和用户需求配置。
进一步地，所述BLE芯片的型号为NRF52832QFAA；所述功放芯片的型号为：RFX2411N。
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
一种蓝牙信号扩展传输方法，应用于如本发明目的之一采用的一种蓝牙设备终端，所述蓝牙信号扩展传输方法包括：
启动步骤：系统上电后，BLE芯片启动；
信号发射步骤：BLE芯片将生成的发射信号发送给功率放大器的功放芯片进行处理后通过天线辐射出去。
进一步地，所述信号发射步骤还包括：BLE芯片实时根据系统配置生成对应控制信号，并将对应控制信号发送至功放芯片进而控制功放芯片的工作状态；其中，功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态和关闭工作状态；
其中，功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去；
功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去。
进一步地，所述系统配置包括低电量阈值、预设时间段以及用户配置。
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序为蓝牙信号扩展传输程序，所述蓝牙信号扩展传输程序被处理器执行时实现如本发明目的之二采用的一种蓝牙信号扩展传输方法的步骤。
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
本发明通过在原有的低功耗的蓝牙设备终端内增加一个功率放大器，使得蓝牙设备终端的BLE芯片与功率放大器电性连接，并且将BLE芯片通过功率放大器与天线电性连接，从而使得蓝牙设置终端向外发送信号时，BLE芯片生成的发射信号可通过功率放大器功率放大后通过天线辐射出去，可大大扩展蓝牙设备终端的通信范围，同时提高了蓝牙设备终端的接收灵敏度。
附图说明
图1为本发明提供的一种蓝牙设备终端的模块图；
图2为本发明提供的一种低功耗蓝牙的信号扩展方法流程图；
图3为图2中的步骤S2的流程图；
图4为本发明提供的BLE芯片电路图；
图5为本发明提供的功放芯片电路图。
具体实施方式
下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
实施例一
本发明通过在原有的蓝牙设备终端上增加一个用于对信号进行功率放大的功放芯片，从而实现蓝牙设备终端的通信距离的扩展，扩展了通信覆盖范围，同时，由于功放芯片扩展了通信覆盖范围，因此，本发明还可增加蓝牙设备终端的接收灵敏度。
如图1所示，本发明提供一种优选的实施例，一种蓝牙设备终端，包括BLE(Bluetooth Low Energy，蓝牙低功耗)设备、电源、天线和功放放大器。
优选地，BLE设备包括BLE芯片，用于生成发射信号。
功率放大器包括功放芯片，用于对发射信号的功率进行放大。BLE芯片、功放芯片均与电源电性连接，通过电源向BLE芯片以及功放芯片提供电能。
BLE芯片与功放芯片电性连接。BLE芯片将发射信号发送到功放芯片并通过功放芯片进行功率放大后，通过天线辐射出去。
本发明通过在原有的蓝牙设备终端的基础上，增加一个功放芯片。也即是，在BLE芯片与天线之间增加功放芯片。通过该功放芯片对BLE芯片的发射信号进行功率放大，再通过天线辐射出去，从而扩大了发射信号的传输范围，扩大了蓝牙设备终端的通信范围；同时，由于蓝牙设备终端的通信范围的扩大，也相应增加了信号接收的灵敏度。
优选地，本发明通过在现有的蓝牙设备终端上增加功放芯片，可使得发射信号的功率达到+20dBm。在空旷的环境下，蓝牙设备终端的通信距离可达到1KM。
一般来说，蓝牙设备终端的工作状态包括关闭状态、广播状态和数据传输状态。其中，关闭状态是指蓝牙设备终端处于关闭，不工作的状态。
广播状态是指蓝牙设备终端未与其他设备建立连接，定时向外发送广播信号。当其他设备接收到该广播信号后，可与蓝牙设备终端建立连接。
数据传输状态是指蓝牙设备终端与设备建立连接状态，进行数据的发送以及接收。
蓝牙设备终端在关闭状态下时，蓝牙设备终端既不发射信号，也不接收信号。
蓝牙设备终端在广播状态下时，蓝牙设备终端一般只是向外发射信号。
蓝牙设备终端在数据传输状态下，蓝牙设终端既可以向外发射信号，也可以接收信号，也即是发射功能与接收功能并存。
优选地，本发明提供的功放芯片是针对蓝牙设备终端的发射信号进行功率放大的，因此，不管蓝牙设备终端处于广播状态，还是处于数据传输状态下，BLE芯片生成的发射信号均通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去，大大提升了蓝牙设备终端的通信覆盖范围。
一般来说，功放芯片在功率放大的运行过程中，其功耗较高。当蓝牙设备终端电量不足或处于空闲状态时，容易造成设备工作时间不足或资源分配不均等。因此，为了降低系统的整体功耗，本发明还通过系统配置来实现功放芯片的工作状态。优选地，本发明将功放芯片的工作状态分为旁路工作状态、使能工作状态和关闭工作状态。
其中，旁路工作状态是指BLE芯片将发射信号直接通过功放芯片发送到天线辐射出去，此时，功放芯片不需要对发射信号做任何处理。
使能工作状态是指BLE芯片将发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去。
关闭工作状态是指BLE芯片无法将发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去，此时，功放芯片不工作、处于低功耗状态。
为了保证系统的整体功耗，本发明还通过实际的需求进行系统配置。根据系统配置的条件，通过蓝牙设备终端的BLE芯片控制功放芯片的工作状态，控制功放芯片的工作状态。
其中，系统配置，一般根据实际的应用场景、需求等进行设置。通过系统配置可在保证系统的整体功耗的情况下，最大可能实现通信距离的扩展，使得旁路模式与使能模式到达相对平衡。
其中，对于功放芯片是对BLE芯片生成的发射信号进行处理的，因此，功放芯片的工作状态均适用于蓝牙设备终端的广播状态和数据传输状态。
优选地，系统配置包括低电量阈值、时间段以及用户配置等进行设置。
比如，当蓝牙设备终端的电量不足时，需要降低蓝牙设备终端的功耗，则通过在系统中设置低电量阈值。当蓝牙设备终端的电量小于低电量阈值时，BLE芯片通过向功放芯片发送控制信号，使得功放芯片处于旁路工作状态；此时，BLE芯片的发射信号通过天线辐射出去，并且功放芯片不对发射信号做任何的处理，降低蓝牙设备终端的系统功耗。
当蓝牙设备终端的电量大于低电量阈值时，BLE芯片通过向功放芯片发送控制信号，控制功放芯片的工作状态处于使能工作状态：BLE芯片的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去，增大蓝牙设备终端的通信范围。
再比如，当蓝牙设备终端处于夜间时间时，通过控制功放芯片处于旁路工作状态，可降低蓝牙设备终端的功耗，节省资源；反之，通过控制功放芯片处于使能工作状态，提高蓝牙设备终端的通信范围。当然，也可以根据用户自身的需求进行设置。比如，在蓝牙设备终端向外发送广播信号时，通过在系统中配置一个广播比例值。该广播比例值表示功放工作状态与旁路工作状态的比例。比如，广播比例值为四，则表示：每四个广播信号有一个广播信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去的，此时功放芯片处于功放工作状态；其他三个广播信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去，此时功放芯片处于旁路工作状态。
同理，广播比例值为六，则表示：每六个广播信号中有一个广播信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去，此时功放芯片处于功放工作状态；其他五个广播信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去，此时功放芯片处于旁路工作状态。
优选地，对于系统配置，并不仅仅限于本发明所列举的，可根据实际的需求进行设置，具体可根据实际的需求进行设置。
优选地，本发明中的BLE芯片采用U2，其型号为NRF52832QFAA，如图4所示为芯片U2及其周边电路部分。
功放芯片采用U3，其型号为RFX2411N，如图5所示为芯片U3及其周边电路部分。
其中，芯片U3的端口12通过芯片LF1与天线连接。芯片U2的端口30与芯片U3的端口5电性连接，进而可将BLE芯片发送的发射信号输送到芯片U1中，进而再通过芯片U1的端口12输送到芯片LF1，最终通过天线ANT辐射出去。
其中，芯片U2的端口29通过电阻R16与芯片U3的端口6电性连接、端口28通过电阻R17与芯片U3的端口7电性连接、端口42通过电阻R57与芯片U3的端口9电性连接。
通过将BLE芯片U2的端口29、端口28、端口42向芯片U3输入TXEN信号、RXEN信号、MODE信号来控制芯片U3的工作状态，从而控制功放芯片的开启或关闭，实现信号的远距离传输。默认情况下功放芯片处于关闭状态。具体如表1所示，端口29、端口28以及端口42向芯片U3输入的信号与功放芯片的工作状态的关系表。
TXEN RXEN MODE Mode of Operation(工作状态)
0 0 0 Shutdown Mode(关闭工作状态)
X X 1 Bypass Mode(旁路工作状态)
1 X 0 Transmit Mode(功放工作状态：发射信号)
0 1 0 Receive Mode(功放工作状态：接收信号)
表1
从表1中可知，当芯片U2向芯片U3输入的信号TXEN、RXEN以及MODE均为0时，功放芯片关闭，此时功放芯片不工作，处于低功耗状态。
当TXEN、RXEN有信号，并且MODE为1时，功放芯片的工作状态为旁路工作状态，此时芯片U3不对发射信号做任何的处理，直接将其发送至天线辐射出去。同理，功放芯片的工作状态为功放工作状态时，在发射信号中芯片U3对发射信号进行功率放大处理后通过天线辐射出去；在接收信号中，可增大信号接收的范围，提高信号接收的灵敏度。
优选地，本发明还给出了该蓝牙设备终端的工作原理，具体如下：
当系统上电后，BLE芯片通过ble_radio_notification_init向系统注册一个回调函数，从而通过BLE芯片执行该回调函数，使得系统应用逻辑得知蓝牙设备终端进入射频发射或者接收的准备阶段。此时，BLE芯片启动。
当蓝牙设备终端向外发射信号时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去。
优选地，BLE芯片根据系统配置生成控制信号，并将控制信号发送给功放芯片，进而控制功放芯片的工作状态。
其中，工作状态包括旁路工作状态、使能工作状态和关闭工作状态。
当功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将发射信号直接通过功放芯片发送至天线辐射出去。
当功放芯片的工作状态为使能工作状态时，BLE芯片将发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去。
当功率芯片的工作状态为关闭工作状态时，蓝牙设备终端处于关闭状态。此时，BLE芯片生成的发射信号无法通过功放芯片发射至天线辐射出去。
优选地，当蓝牙设备终端处于广播状态时，BLE芯片根据系统配置判断功放芯片是否处于使能状态或旁路状态。
当蓝牙设备终端处于数据传输状态时，BLE芯片根据系统配置判断功放芯片是否处于使能状态或旁路状态。
优选地，本发明中的功放芯片的工作状态，可根据实际的应用场景以及用户需求等进行配置调整，从而使得功放芯片在使能工作状态与旁路工作状态之间寻找到一个合适的平衡点，使得系统的整体功耗限定在一定的范围内，这样，既可以满足用户的需求，也可以保证设备的整体功耗，节省资源。
实施例二
基于实施例一，本发明还提供了一种蓝牙信号扩展传输方法，如图2所示，所述信号扩展传输方法包括以下步骤：
步骤S1、系统上电后，BLE芯片启动。
步骤S2、BLE芯片将生成的发射信号发送给功率放大器的功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去。
优选地，如图3所示，步骤S2包括：
步骤S21、BLE芯片实时根据系统配置生成对应的控制信号，并将对应的控制信号发送给功放芯片，进而控制功放芯片的工作状态。
步骤S22、当功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去。
步骤S23、当功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去。
步骤S24、当功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去。
其中，系统配置包括低电量阈值、预设时间段以及用户配置。
实施例三
本发明还提供了一种电子设备，其包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理上运行的计算机程序，所述计算机程序为信号扩展传输程序，所述处理器执行所述信号扩展传输程序时实现以下步骤：
启动步骤：系统上电后，BLE芯片启动；
信号发射步骤：BLE芯片将生成的发射信号发送给功率放大器的功放芯片进行处理后通过天线辐射出去。
进一步地，所述信号发射步骤还包括：BLE芯片实时根据系统配置生成对应控制信号，并将对应控制信号发送至功放芯片进而控制功放芯片的工作状态；其中，功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态和关闭工作状态；
其中，功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去；
功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去。
实施例四
本发明还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
启动步骤：系统上电后，BLE芯片启动；
信号发射步骤：BLE芯片将生成的发射信号发送给功率放大器的功放芯片进行处理后通过天线辐射出去。
进一步地，所述信号发射步骤还包括：BLE芯片实时根据系统配置生成对应控制信号，并将对应控制信号发送至功放芯片进而控制功放芯片的工作状态；其中，功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态和关闭工作状态；
其中，功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去；
功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去。
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种蓝牙设备终端，所述蓝牙设备终端包括BLE设备、电源和天线，其中，BLE设备包括BLE芯片，BLE芯片的电源端与电源电性连接；BLE芯片的输出端与天线电性连接，用于将发射信号通过天线辐射出去；其特征在于，所述蓝牙设备终端包括功率放大器，所述功率放大器包括功放芯片；所述BLE芯片的输出端还通过功率放大器与所述天线电性连接；所述功放芯片的电源端与电源电性连接；所述功率放大器，用于将BLE芯片生成的发射信号进行功率放大后通过天线辐射出去。
2.根据权利要求1所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述BLE芯片还通过IO口与所述功放芯片电性连接，用于通过IO口向所述功放芯片发送控制信号，进而根据所述控制信号控制所述功放芯片的工作状态。
3.根据权利要求2所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述BLE芯片，用于根据系统配置生成所述控制信号，并将所述控制信号通过IO口发送给所述功放芯片，从而控制所述功放芯片的工作状态。
4.根据权利要求3所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态与关闭工作状态；
当所述功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过所述功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
当所述功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过所述功放芯片发送至天线并辐射出去，并且所述功放芯片对发射信号不做任何处理；
当所述功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发射至天线辐射出去。
5.根据权利要求3所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述系统配置包括低电量阈值、预设时间段和用户需求配置。
6.根据权利要求1所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述BLE芯片的型号为NRF52832QFAA；所述功放芯片的型号为：RFX2411N。
7.一种蓝牙信号扩展传输方法，应用于如权利要求1-6中任一项所述的一种蓝牙设备终端，其特征在于，所述蓝牙信号扩展传输方法包括：
启动步骤：系统上电后，BLE芯片启动；
信号发射步骤：BLE芯片将生成的发射信号发送给功率放大器的功放芯片进行处理后通过天线辐射出去。
8.根据权利要求7所述的一种蓝牙信号扩展传输方法，其特征在于，所述信号发射步骤还包括：BLE芯片实时根据系统配置生成对应控制信号，并将对应控制信号发送至功放芯片进而控制功放芯片的工作状态；其中，功放芯片的工作状态包括功放工作状态、旁路工作状态和关闭工作状态；
其中，功放芯片的工作状态为功放工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号通过功放芯片进行功率放大后通过天线辐射出去；
功放芯片的工作状态为旁路工作状态时，BLE芯片将生成的发射信号直接通过功放芯片发送至天线并辐射出去；
功放芯片的工作状态为关闭工作状态时，BLE芯片无法将生成的发射信号通过功放芯片发送至天线辐射出去。
9.根据权利要求8所述的一种蓝牙信号扩展传输方法，其特征在于，所述系统配置包括低电量阈值、预设时间段以及用户配置。
10.一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序为蓝牙信号扩展传输程序，其特征在于：所述蓝牙信号扩展传输程序被处理器执行时实现如权利要求7-9中任一项所述的一种蓝牙信号扩展传输方法的步骤。
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